[发明专利]三维图象绘制装置及方法

说明书

本发明涉及的一种三维图象绘制装置及方法，特别适合根据通过诸如万维网的数据速率受限的网络或其它数据速率受限的介质传输的图象数据来绘制三维对象的图象。本发明特别涉及这样一种三维图象绘制装置及方法，它几乎立即生成三维对象的图象的低分辨率图象，然后继续再生成分辨率逐渐提高的图象，直到生成具有最佳分辨率的图象。

随着诸如VRML(虚拟现实造型语言)的图象程序设计语言的流行，代表三维图象的三维图象数据可以容易地通过诸如因特网的网络传输。

三维图象数据(3D图象数据)包括多边形数据和颜色数据。多边形数据指示定义位于虚拟三维空间(3D空间)中的三维对象(3D对象)的表面的多边形顶点的位置。各个多边形的外观可以用直接颜色数据和纹理数据这两类数据之一来定义。直接颜色数据指出一个赋予多边形的颜色值。纹理数据定义粘贴在多边形上的纹理的象素的纹理颜色值。

在三维图象处理中，3D空间中的每个3D对象，都以与某假设点与3D对象之间的距离和角度相称的方式，被投射在假设的二维表面上。在本说明书中，将假设的二维表面称为绘制屏面，将假设点称为视点。然后进行隐面去除，使得颜色值只赋予从视点可见的3D对象的部分。此外，如果需要，可以用综合了一个或多个光源的位置及亮度因素的亮度系数，对从视点可见的3D对象的部分的颜色值进行修改。

赋予多边形的直接颜色数据一般由三个颜色值组成，每个值表示红、绿、蓝三个基本添加色的一种。红、绿和蓝将被简记为R、G和B。类似地，定义粘贴在一个或多个多边形上的纹理的象素的纹理数据一般由三个颜色值组成，每个值表示红、绿、蓝三个基本添加色的一种。作为替代，可以使用诸如黄色、青色、深红色和黑色的不同颜色的颜色值。此外，对象外观的其它表达方式，诸如亮度和色差值，也可以作为替代用作颜色值。

如果用赋予的直接颜色数据来定义3D对象表面的颜色，直接颜色数据仅为每个多边形定义一种颜色。因此，当3D对象的表面有复杂的外观时，即使其拓扑简单，也必须将对象的表面划分成许多小多边形才能使其外观得到精确定义。多边形数目的增加，意味着几何计算中要用到非常多的数据。这极大降低了绘制速度。

纹理被用来克服刚才说明的问题。可以用纹理来定义3D对象的整个表面或者大部分这种表面的外观。纹理一般是表面外观的一个位映象图象，被粘贴在多边形的表面上。纹理用相对少量的数据就能精细地定义对象的表面的外观。纹理不但仅用一些多边形就能定义有诸如砖墙或大理石柱的重复图案的外观，而且也能定义施加到对象的表面的图象或部分图象。

如果将纹理粘贴到多边形上，就必须对定义纹理的外观的纹理数据进行转换，以便与视点与多边形之间的距离和角度相称。一般来说，这种转换是通过规定多边形的顶点的坐标并且还通过规定一个或多个坐标变换矩阵而进行的。

即使采用传统绘制技术，用纹理来定义对象的外观，也具有能够如上所述的用少量多边形来定义3D对象的表面上的复杂图案的优点。然而，纹理数据会构成相当数量的数据，当纹理复杂时尤其如此。

当通过网络从服务器向客户机计算机加载包括纹理数据的3D图象数据时，用户在图象显示之前可能不得不等待。特别是，如果是在传统网络环境中进行3D图象处理，则必须先加载所有的3D图象数据-即多边形数据和颜色数据，包括纹理数据，然后才能开始绘制计算。如果3D对象的外观是由复杂的纹理定义的，必须下载大量纹理数据来定义纹理，则加载3D图象数据所需的时间会长得烦人。结果，期间在屏幕上什么也不显示的延滞时间会长得令人不能接受，不可能快速地绘制图象。

已知有提供特殊格式的二维图象数据的技术能使标准二维图象以逐渐增加的分辨率被绘制出来。换言之，一开始显示的是低分辨率的图象。然后，顺序地以逐渐精细的分辨率再显示图象。以FLASHPIX商标出售的就是这些显示技术的其中之一，下文将作更加详细的说明。

然而，如果要在多边形上映射纹理来代表三维对象，则不能不加修改就应用根据二维图象数据来绘制图象的传统技术。这是因为如上所述的那样，必须按照一个或多个光源的位置并综合多边形与视点相对方位的因素来变换纹理。

所以，需要一种能够高速地、以对3D对象的各部分最优化的分辨率来绘制3D空间中的3D对象的图象的三维图象绘制装置及方法。

需要一种三维图象绘制装置及方法，它能够立即和迅速地绘制3D对象的低分辨率图象，并且-特别是在网络环境中-能够随着显示时间的持续而顺序地以逐渐精细的分辨率再显示图象。